CN103604249A

CN103604249A - 一种能源塔型吸收式冷热水机组

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Publication number: CN103604249A
Application number: CN201310560580.5A
Authority: CN
Inventors: 李先庭; 吴伟; 石文星; 张晓灵; 王宝龙; 冉思源
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: CN103604249B

Abstract

一种能源塔型吸收式冷热水机组，属于供热空调领域。该机组包括吸收式制冷热泵机组、能源塔和载冷剂再生装置，即将吸收式制冷热泵机组与能源塔和载冷剂再生装置结合。冬季，热能或燃料驱动的吸收式冷热水机组运行供热功能，通过能源塔与空气传热传质提取低品位热能，实现了供热一次能源效率的显著提高；夏季，切换成吸收式制冷模式，并向能源塔排热，通过热能或燃料制冷的方式有效减小电网负荷。能源塔投资小，且冬季从空气中取热不会出现结霜，保障了供热的可靠性和连续性。利用自身排烟或者热泵冷冻方法，实现了载冷剂的连续再生、减少了载冷剂用量，还大大降低了载冷剂再生能耗。本发明用于冬季供热夏季供冷，具有明显的节能减排效果。

Description

一种能源塔型吸收式冷热水机组

技术领域

本发明涉及一种能源塔型吸收式冷热水机组，冬季能源塔从低温高湿空气中取热，提高供热系统的一次能源效率，夏季能源塔向空气中排放吸收和冷凝热，通过热能或燃料制冷的方式有效减小电网负荷。能源塔投资小，且冬季从空气中取热不会出现结霜，保障了供热的可靠性和连续性,并可通过多种节能手段实现溶液连续再生。该技术特别适用于冬季供热夏季供冷，且燃料供应充足的地区，属于供热空调领域。

背景技术

供热空调能耗很大，近年来由于城市大量使用电制冷空调而出现电网压力剧增，甚至很多地方不得不采取拉闸限电来缓解电力供应不足的问题。热能或燃料驱动型供热空调系统由于耗电很少、能有效缓解电网压力而得到了越来越多的重视。目前很多天然气供应商均希望夏季供冷用天然气，并出台了相关的鼓励措施，以提高夏季天然气管道的负荷率。因此，如果能够推出燃气驱动的供热空调系统，不仅能够享受天然气供应商的优惠政策，还能有效降低电网负荷。

目前应用较广泛的燃料驱动型供热空调系统的形式主要包括：锅炉驱动型吸收式制冷机，夏天用锅炉驱动吸收式制冷机进行供冷，冬季用锅炉直接供热，有全年生活热水需求的也可以用锅炉来满足；直燃型吸收式冷热水机组，夏季运行燃料制冷模式进行供冷，冬季供热和全年生活热水则运行吸收锅炉模式，其本质仍为锅炉。这些系统的制热效率都很低，于是就导致了燃料驱动型供热空调系统总体能效不高，其推广应用受到较大的限制。

发明内容

基于上述问题，本发明提出一种能源塔型吸收式冷热水机组，冬季能源塔通过与空气传热传质提取低品位显热和潜热，供给吸收式热泵的蒸发器，实现了供热一次能源效率的显著提高。夏季通过热能或燃料制冷，能有效减小电网负荷。此外，能源塔型吸收式冷热水机组没有传统空气源热泵结霜的风险，保障了供热可靠性，减少了风冷换热器投资。利用自身排烟或者吸收式热泵冷冻方法，不仅可以实现溶液的连续再生、减少了溶液用量，还大大降低了溶液再生能耗。

本发明的下技术方案如下：

一种能源塔型吸收式冷热水机组，包括吸收式制冷热泵机组；所述吸收式制冷热泵机组包含发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液热交换器、溶液泵、第一节流阀和第二节流阀；所述发生器的溶液出口依次与溶液热交换器的热端、第一节流阀和吸收器溶液入口相连；所述吸收器溶液出口依次与溶液泵、溶液热交换器的冷端和发生器的溶液入口相连；所述发生器的蒸汽出口依次与冷凝器、第二节流阀、蒸发器和吸收器的蒸汽入口相连；其特征在于：所述能源塔型吸收式冷热水机组还包括能源塔和载冷剂再生装置，所述能源塔的塔体内部由上到下依次为能源塔风机、挡液板、喷淋装置、填料和集液盘；所述集液盘的出口经载冷剂泵后分为载冷剂再生支路和制冷热泵支路；所述载冷剂再生支路依次连接第二阀门、载冷剂再生装置和喷淋装置，制冷热泵支路经过第一阀门后再分为制冷支路和热泵支路；所述制冷支路依次连接第四阀门、冷凝器、吸收器、第七阀门和喷淋装置，热泵支路依次连接第十阀门、蒸发器、第六阀门和喷淋装置；供热时，采暖或生活热水从热水支路入口流入，经第三阀门、冷凝器、吸收器和第八阀门后从热水支路出口流出，送至用户使用；供冷时，空调冷冻水从冷冻水支路入口经第九阀门、蒸发器和第五阀门后从冷冻水支路出口流出，送至用户使用。

本发明所述的能源塔型吸收式冷热水机组，其特征在于：所述能源塔可为开式能源塔或闭式能源塔。

本发明所述的能源塔型吸收式冷热水机组，其特征在于：所述载冷剂再生装置可以是太阳能溶液再生、烟气余热再生或吸收式热泵冷冻再生系统。

本发明所述的能源塔型吸收式冷热水机组，其特征在于：所述吸收式制冷热泵机组的循环形式包括多级循环、单效循环、多效循环、GAX循环以及这些循环的改进型。

本发明所述的能源塔型吸收式冷热水机组，其特征在于：所述吸收式制冷热泵机组的驱动热源包括太阳能、地热能、废热、蒸汽、高温热水、化石燃料和生物质能中的一种或几种的组合。

本发明与现有供热空调系统相比具有如下优点：

①采用现有集中供热系统或者燃料直接燃烧驱动吸收式热泵，从空气中提取低品位热能，显著提高了供热的一次能源效率，降低了污染物排放；

②与电能驱动的供热空调系统相比，大面积应用后不会增加电网压力，且采用天然制冷剂，不会破坏臭氧层；

③与传统空气源热泵相比，能源塔没有结霜的风险，提高了供热的可靠性；且能源塔换热系数较高，所需换热面积小，从而降低了初投资；

④对于直燃型或者区域锅炉驱动的能源塔型吸收式冷热水机组，可以利用排烟对热水进行预热或者作为载冷剂的再生热源，实现了排烟热回收，进一步提高了供热能效；

⑤除了利用排烟或者太阳能外，还可以利用基于吸收式热泵的冷冻再生装置，充分利用了空气中的水蒸气的相变潜热，大大提高了系统的供热效率。

总的来说，本发明既可以提高现有供热空调系统的一次能源效率、缓解电网压力，又能提高冬季供热的可靠性，还能降低系统的初投资，是一种节能经济的热能或燃料驱动型供热空调系统。

附图说明

图1是本发明提供的一种能源塔型吸收式冷热水机组的结构原理图。

图2是本发明提供的一种能源塔型吸收式冷热水机组供冷的示意图。

图3是本发明提供的一种能源塔型吸收式冷热水机组供热的示意图。

图4是本发明中供热工况下利用排烟对热水进行预热的示意图。

图5是本发明中供热工况下利用排烟对载冷剂进行再生的示意图。

图6是本发明中供热工况下利用吸收式热泵冷冻再生、空气冷却的示意图。

图7是本发明中供热工况下利用吸收式热泵冷冻再生、预热热水的示意图。

图8是本发明中供热工况下利用吸收式热泵冷冻再生、再热载冷剂的示意图。

其中：1-吸收式制冷热泵机组；2-驱动热源出口；3-驱动热源入口；4-发生器；5-溶液热交换器；6-溶液泵；7-第一节流阀；8-吸收器；9-热水入口；10-热水出口；11-冷凝器；12-第二节流阀；13-能源塔；14-载冷剂再生装置；15-蒸发器；16-第一阀门；17-载冷剂泵；18-第二阀门；19-填料；20-喷淋装置；21-挡液板；22-能源塔风机；23-塔体；24-集液盘；25-第三阀门；26-第四阀门；27-第五阀门；28-第六阀门；29-第七阀门；30-第八阀门；31-第九阀门；32-第十阀门；33-冷冻水支路入口；34-冷冻水支路出口；35-烟气换热器；36-烟气入口；37-烟气出口；38-再生泵；39-再生塔；40-冷冻再生用吸收式热泵；41-排冰口；42-冷冻再生用风机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构和运行方式做进一步说明。

图1是本发明提供的一种能源塔型吸收式冷热水机组的结构原理图，包括吸收式制冷热泵机组1、能源塔13和载冷剂再生装置14；所述吸收式制冷热泵机组1包含发生器4、吸收器8、冷凝器11、蒸发器15、溶液热交换器5、溶液泵6、第一节流阀7和第二节流阀12；所述发生器4的溶液出口依次与溶液热交换器5的热端、第一节流阀7和吸收器8溶液入口相连；所述吸收器8溶液出口依次与溶液泵6、溶液热交换器5的冷端和发生器4的溶液入口相连；所述发生器4的蒸汽出口依次与冷凝器11、第二节流阀12、蒸发器15和吸收器8的蒸汽入口相连；所述能源塔13的塔体23内部由上到下依次为能源塔风机22、挡液板21、喷淋装置20、填料19和集液盘24；所述集液盘24的出口经载冷剂泵17后分为载冷剂再生支路和制冷热泵支路；所述载冷剂再生支路依次连接第二阀门18、载冷剂再生装置14和喷淋装置20，制冷热泵支路经过第一阀门16后再分为制冷支路和热泵支路；所述制冷支路依次连接第四阀门26、冷凝器11、吸收器8、第七阀门29和喷淋装置20，热泵支路依次连接第十阀门32、蒸发器15、第六阀门28和喷淋装置20；供热时，采暖或生活热水从热水支路入口9流入，经第三阀门25、冷凝器11、吸收器8和第八阀门30后从热水支路出口10流出，送至用户使用；供冷时，空调冷冻水从冷冻水支路入口33经第九阀门31、蒸发器15和第五阀门27后从冷冻水支路出口34流出，送至用户使用。

本发明所述的一种能源塔型吸收式冷热水机组中，所述能源塔13为开式能源塔或闭式能源塔；所述载冷剂再生装置14采用太阳能溶液再生、烟气余热再生或吸收式热泵冷冻再生系统；所述吸收式制冷热泵机组的循环形式包括多级循环、单效循环、多效循环、GAX(generatorabsorber heat exchange)循环以及这些循环的改进型；所述吸收式制冷热泵机组的驱动热源包括太阳能、地热能、废热、蒸汽、高温热水、化石燃料和生物质能中的一种或几种的组合。

图2是本发明提供的能源塔型吸收式冷热水机组供冷的示意图。供冷时，关闭第三阀门25、第六阀门28、第八阀门30和第十阀门32，由第二阀门18、载冷剂再生装置14和喷淋装置20组成的载冷剂再生支路关断，集液盘24的出口依次经过载冷剂泵17、第一阀门16、第四阀门26、冷凝器11、吸收器8和第七阀门29后回到喷淋装置20进行循环喷淋，并将冷凝热和吸收热排向大气中。空调冷冻水从冷冻水支路入口33经第九阀门31、蒸发器15和第五阀门27后从冷冻水支路出口34流出，送至用户使用。

图3是本发明提供的能源塔型吸收式冷热水机组供热的示意图。供热时，关闭第四阀门26、第五阀门27、第七阀门29和第九阀门31，集液盘24的出口经载冷剂泵17后分为载冷剂再生支路和热泵支路；所述载冷剂再生支路依次经过第二阀门18、载冷剂再生装置14和喷淋装置20，热泵支路依次经过第一阀门16、第十阀门32、蒸发器15和第六阀门28回到喷淋装置20，与载冷剂再生支路的载冷剂混合后循环喷淋，并从外界空气吸收显热和潜热。采暖或生活热水从热水支路入口9流入，经第三阀门25、冷凝器11、吸收器8和第八阀门30后从热水支路出口10流出，送至用户使用。

图4是本发明中供热工况下利用排烟对热水进行预热的示意图，在图2的基础上增加了烟气换热器35、烟气入口36和烟气出口37。该模式适用于有排烟余热可以利用的场合，如直燃或锅炉驱动的能源塔型吸收式冷热水机组。待加热的水在进入冷凝器11之前，先通入烟气换热器35中被烟气入口36进入的高温烟气预热，放热之后的烟气从烟气出口37排出。该模式降低了吸收式冷热水机组制取热水时所需的加热量，从而降低了发生器能耗、提高了系统供热效率。

图5是本发明中供热工况下利用排烟对载冷剂进行再生的示意图，在图2的基础上增加了烟气换热器35、烟气入口36、烟气出口37、再生泵38和再生塔39，所增加的部件即构成了载冷剂再生装置14。该模式适用于有排烟余热可以利用、但是该余热又不适合或者不足以用于预热热水的场合。故与图2的区别在于：余热并不是直接用于预热热水，而是用于作为载冷剂再生装置14的部分或全部热源。在该模式中，排烟从烟气入口36进入烟气换热器35，然后从烟气出口37排出；载冷剂泵16出口稀载冷剂的一部分通过第二阀门17进入烟气换热器35，吸收热量后再进入再生塔39进行再生，浓缩后的载冷剂通过再生泵38回到喷淋装置20进行循环喷淋。该模式回收烟气余热进行载冷剂再生，明显降低了再生能耗，从而提高了能源塔型吸收式冷热水机组的供热效率。

图6是本发明中供热工况下利用吸收式热泵冷冻再生、空气冷却的示意图，在图2的基础上增加了冷冻再生用吸收式热泵40、排冰口41和冷冻再生用风机42，所增加的部件即构成了载冷剂再生装置14。载冷剂泵16出口稀载冷剂的一部分通过第二阀门17进入冷冻再生用吸收式热泵40的蒸发侧，冷冻析出的冰经过适当处理可以从排冰口41排出并收集，析出冰后的载冷剂则变为浓载冷剂，回到喷淋装置20进行循环喷淋；冷冻再生用吸收式热泵40的冷凝和吸收侧的排热量则在冷冻再生用风机42的作用下被外界低温空气带走。该模式将空气中凝结到溶液中的水分凝固为冰，充分利用了水的相变潜热；此外，利用外界低温空气作为冷冻再生用吸收式热泵40的冷却介质，具有很高的再生效率，也提高了能源塔型吸收式冷热水机组的供热效率。

图7是本发明中供热工况下利用吸收式热泵冷冻再生、预热热水的示意图，在图2的基础上增加了冷冻再生用吸收式热泵40和排冰口41，所增加的部件即构成了载冷剂再生装置14。载冷剂泵16出口稀载冷剂的一部分通过第二阀门17进入冷冻再生用吸收式热泵40的蒸发侧，冷冻析出的冰经过适当处理可以从排冰口41排出并收集，析出冰后的载冷剂则变为浓载冷剂，回到喷淋装置20进行循环喷淋；与图5不同的是，冷冻再生用吸收式热泵40的冷凝和吸收侧的排热量用于预热进入冷凝器11之前的热水。该模式中冷冻再生用吸收式热泵40的冷凝温度较高、效率略低，但由于冷冻再生用吸收式热泵40的排热量全部直接用于加热所需热水，所以能源塔型吸收式冷热水机组仍具有较高的供热效率。

图8是本发明中供热工况下利用吸收式热泵冷冻再生、再热载冷剂的示意图，在图2的基础上增加了再生泵38、冷冻再生用吸收式热泵40和排冰口41，所增加的部件即构成了载冷剂再生装置14。与图6所示运行模式相比，该模式中冷冻再生用吸收式热泵40的排热量用于加热冷冻再生后的浓载冷剂，即稀载冷剂通过第二阀门17进入冷冻再生用吸收式热泵40被再生后又被加热，然后才通过再生泵38回到喷淋装置20进行循环喷淋。该模式由于再生后的载冷剂温度较高，因此抬高了能源塔13中的载冷剂整体温度，从而提高了能源塔型吸收式冷热水机组的供热效率。

Claims

1.一种能源塔型吸收式冷热水机组，包括吸收式制冷热泵机组（1）；所述吸收式制冷热泵机组（1）包含发生器（4）、吸收器（8）、冷凝器（11）、蒸发器（15）、溶液热交换器（5）、溶液泵（6）、第一节流阀（7）和第二节流阀（12）；所述发生器（4）的溶液出口依次与溶液热交换器（5）的热端、第一节流阀（7）和吸收器（8）溶液入口相连；所述吸收器（8）溶液出口依次与溶液泵（6）、溶液热交换器（5）的冷端和发生器（4）的溶液入口相连；所述发生器（4）的蒸汽出口依次与冷凝器（11）、第二节流阀（12）、蒸发器（15）和吸收器（8）的蒸汽入口相连；其特征在于：所述能源塔型吸收式冷热水机组还包括能源塔（13）和载冷剂再生装置（14），所述能源塔（13）的塔体（23）内部由上到下依次为能源塔风机（22）、挡液板（21）、喷淋装置（20）、填料（19）和集液盘（24）；所述集液盘（24）的出口经载冷剂泵（17）后分为载冷剂再生支路和制冷热泵支路；所述载冷剂再生支路依次连接第二阀门（18）、载冷剂再生装置（14）和喷淋装置（20），制冷热泵支路经过第一阀门（16）后再分为制冷支路和热泵支路；所述制冷支路依次连接第四阀门（26）、冷凝器（11）、吸收器（8）、第七阀门（29）和喷淋装置（20），热泵支路依次连接第十阀门（32）、蒸发器（15）、第六阀门（28）和喷淋装置（20）；供热时，采暖或生活热水从热水支路入口（9）流入，经第三阀门（25）、冷凝器（11）、吸收器（8）和第八阀门（30）后从热水支路出口（10）流出，送至用户使用；供冷时，空调冷冻水从冷冻水支路入口（33）经第九阀门（31）、蒸发器（15）和第五阀门（27）后从冷冻水支路出口（34）流出，送至用户使用。

2.根据权利要求1所述的一种能源塔吸收式冷热水机组，其特征在于：所述能源塔（13）为开式能源塔或闭式能源塔。

3.根据权利要求1或2所述的一种能源塔型吸收式冷热水机组，其特征在于：所述载冷剂再生装置（14）采用太阳能溶液再生、烟气余热再生或吸收式热泵冷冻再生系统。

4.根据权利要求1所述的一种能源塔型吸收式冷热水机组，其特征在于：所述吸收式制冷热泵机组（1）的循环形式包括多级循环、单效循环、多效循环、GAX循环以及这些循环的改进型。

5.根据权利要求1所述的一种能源塔型吸收式冷热水机组，其特征在于：所述吸收式制冷热泵机组（1）的驱动热源包括太阳能、地热能、废热、蒸汽、高温热水、化石燃料和生物质能中的一种或几种的组合。